1.引言

    伺服電機在自動控制系統中用作執行元件，它將接收到的控制信號轉換為軸的角位移或角速度輸出。通常的控制方式有三種：

    ①通訊方式，利用RS232或RS485方式與上位機進行通訊，實現控制；

    ②模擬量控制方式，利用模擬量的大小和極性來控制電機的轉速和方向；

    ③差分信號控制方式，利用差分信號的頻率來控制電機速度。

    簡單、方便的實現對伺服電機轉速的精確控制是工業控制領域內的一個期望目標，本文主要研究如何利用PLC輸出的模擬量實現對伺服電機的速度較為精準的控制。

    2.控制系統電路

    控制裝置選用西門子S7-200系列PLCCPU224XPCN，這種型號的PLC除了帶有輸入輸出點外。還有1個模擬量輸入點和1個模擬量輸出點，這一型號PLC所具有的模擬量模塊，能夠滿足控制伺服電機的需要。觸摸屏選用西門子觸摸屏，型號為TP177B。

    具體控制方案如圖l所示，觸摸屏是人機對話接口，最初的指令信息要從這里輸入。輸入的信息通過通訊端口傳送到PLC。經運算后，PLC輸出模擬量，并連接到伺服控制器的模擬量輸入端口。伺服控制器對接收到的模擬量進行內部運算，而后驅動伺服電機達到相應的轉速。伺服電機通過測速元件將轉速信息反饋到伺服控制器，形成閉環系統，實現轉速穩定的效果。

    圖1控制方案

    方案中的伺服電機，設計工作轉速范圍為500～6000RPM，精度要求為±3RPM。

    3.控制過程

    在觸摸屏中設置一個對話框，可輸入4位數值，然后將此對話框中的數據屬性設置成對應PLC中的整形變量數據(如VW310)。目的是當在對話框中輸人數值后，電機就能夠達到與該數值相同的速度。

    PLC輸出的模擬量是0～10V，對應的整形數據是0～32000；而伺服電機的輸入模擬量是0～l0V。對應的轉速是0-6500RPM。由于這些數值都是理論上的，并且最終希望得到的還是輸入值對應上轉速即可。因此，模擬量作為中間環節僅做參考。需要重點考慮的還是輸入值、整形數據和實際轉速。經過直接實測，測試數據如表1所示。

    表1　直接實測數值表
 

    由表1可看出，輸入值和實際轉速相差甚遠，而唯一的辦法是通過運算將輸入值轉換成能對應上實際轉速的整形數值。但是還要首先找到最高轉速和最低轉速對應的數值。通過實驗發現，對應關系如表2所示

    表2實測對應數值表
 

    PLC的模擬量輸出和伺服電機轉速輸出都是線性的，可以根據表2的數據列出直線方程組，計算出輸入值和整形數值之間的關系。

    2711＝500×a+b

    30854＝600×a+b

    解得：a=5117；b=152

    設實際轉速為x，整形數值為y；那么關系方程為：

    y=5117×x+152

    通過PLC。實現則需妻用到數字運算指令，具體如圖2所示

    圖2數字運算指令實現對應關系

    運算后，將數據直接傳送到模擬量輸出口就完成了轉換工作(由于輸出口不接受雙字數據；所以僅傳字數據，VB2232即可)。如圖3所示

    圖3模擬量輸出口傳送指令

    這樣．就基本上完成了從對話框輸入速度值，經過PLC運算后輸出模擬量。伺服控制器接收到模擬量驅動伺服電機，伺服電機的轉速等于輸入速度值的過程。通過經過實際檢驗，測得輸入值、整形數值、實際轉速如表3。

    表3　運算后的實測數值表
 

    4.結束語

    本文提出了一種利用西門子200系列PLC所配備的模擬量輸出模塊，控制伺服電機的方法，方法簡單，易于實現，且能夠滿足轉速精度為±3RPM的工作要求。